CN102483262A - 电热水系统 - Google Patents

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Abstract

一种具有有限水垢沉积的电热水系统(101)包括容器(102)，该容器用于容纳水并且限定用于待加热的水的内部存储空间。存储在所述内部存储空间中的水可以由存在于内部存储空间中的电热元件(104)加热。另外，提供了阳极元件(105)和阴极元件(106)，其连接到或可连接到DC电源(107)以在阴极元件(106)与阳极元件(105)之间产生电势差。阴极元件(106)位于内部存储空间中邻近于加热元件(104)处。

Description

电热水系统
技术领域
本发明涉及一种电热水系统，包括容器，用于容纳水并且限定用于待加热的水的内部存储空间，该容器具有：电热元件，用于加热存储在所述内部存储空间中的水；以及阳极元件和阴极元件，连接到或可连接到DC电源以在阴极元件与阳极元件之间产生电势差。本发明进一步涉及一种电热水系统，包括中空主体，用于引导要加热的水，该中空主体具有：内壁；电热元件，用于加热附着到所述内壁的水；以及阳极元件和阴极元件，连接到或可连接到DC电源以在阴极元件与阳极元件之间产生电势差。
本发明进一步涉及一种包括电热水系统的水壶。
本发明进一步涉及一种包括电热水系统的咖啡机。
本发明进一步涉及一种包括电热水系统的熨斗。
本发明进一步涉及一种包括电热水系统的洗涤机。
背景技术
正如一般已知的那样，在水加热系统的使用期间在该系统中形成通常是碳酸钙的水垢。所涉及的基本化学反应是：Ca(HCO3)2→CaCO3+CO2+H2O。特别地，高硬度的水具有很高的倾向形成水垢淀积。溶于水并产生硬度的最重要的元素是Ca2+离子、Mg2+离子以及HCO3 -离子。水的总硬度(DH)被定义为每升中的Ca2+离子和Mg2+离子的毫摩尔的总数乘以5.6。暂时硬度用每升中的HCO3 -离子的毫摩尔数目乘以2.8来定义。
水垢在水中的溶解度随着温度增加而降低。因此，特别是如加热元件那样的热烫表面容易被水垢覆盖。另外，水垢容易沉积在金属表面上。在典型的电热水系统中，加热元件由金属制成。这样的金属热水元件非常容易沉积水垢，因为其在操作性使用期间兼具金属表面和热烫表面。加热元件上的水垢沉积降低了加热元件的热效率，因此降低了电热水系统的总体效率。
在本领域中，已经提出了电化学方法来防止水垢沉积在加热元件上。例如，US 6,871,014B2公开了具有所谓的阴极防护的电热水器。阴极防护是如下概念的一般使用的名称，即通过使得金属表面充当电化学电池的阴极来控制金属表面的腐蚀。在US 6,871,014B2的上下文中，阴极防护是通过在热水器内壁与加热元件之间产生电势差来实现的，其中热水器内壁用作阴极元件而加热元件用作阳极元件。在这一布置中，根据US 6,871,014B2，防止了热水器内壁的腐蚀，因为电化学效应防止了在热水器壁处发生腐蚀。同时，H+离子形成在用作阳极元件的加热元件处，防止了在加热元件附近形成水垢。然而，在这一配置中，加热元件容易被氧化，使得其需要由高度抗氧化的金属制成。
由于热水器内壁用作阴极元件，OH-离子形成在热水器内壁附近，导致水垢由于HCO3 -离子变换为CO3 2-离子而沉积在热水器内壁上。这导致电效率降低，因为水垢在一定程度上电绝缘用作阴极元件的热水器内壁。其需要定期的正确清理来防止这一效应。此外，沉积的水垢将导致热水器内壁的外观变脏。
发明内容
本发明的目的是提供一种电热水系统，其包括在导言部分限定的种类的用于容纳水的容器，其中防止了在加热元件和容器内壁两者上的水垢沉积。
本发明的目的通过在权利要求1中所限定的电热水系统来实现。特别地，在根据本发明的电热水系统中，阴极元件在内部存储空间中邻近于加热元件处。
在操作性使用中，在阴极处形成OH-离子。同时，热烫的加热元件在水中，特别是在接近于加热元件处引起紊流模式。由于阴极邻近于加热元件，在存在紊流的内部存储空间区域中形成OH-离子。这引起所形成的OH-离子与已加热的水混合。所形成的OH-离子局部地增加了pH，并且它们中的至少一部分将HCO3 -离子变换为CO3 2-离子。CO3 2-离子与存在于水中的Ca2+离子发生反应以形成水垢。紊流引起OH-离子在水中的良好分布。令人惊讶的是，水垢仅形成为微晶体。这些微晶体保持在水中并且不会或几乎不会沉积。由于其小尺寸，微晶体不会将水变浑浊。另外，防止水垢覆盖加热元件或容器壁。
应当注意，阳极元件可以位于水容器中，或水容器壁上，乃至与容器壁集成。然而，阳极元件不应当在阴极元件与加热元件之间，或者提供在加热元件上或与加热元件集成。
在有利的实施例中，阴极元件和加热元件基本上定位在容器中心，从而使得水可以围绕阴极元件和加热元件自由地流动，没有妨碍其对流的障碍。这有助于所形成的OH-离子的适当混合，因此有助于进一步防止水垢形成。
DC电源可以配置为输送在阴极元件与阳极元件之间的恒定的电压差。然而，贯穿本申请，将DC电源定义为如下设备，其将阴极元件与阳极元件之间的电压差的定向保持为恒定，电压差的值可以依赖于时间。
本发明类型的电热水系统既可以用于家庭应用，也可以用于大规模工业应用。
在根据本发明的电热水系统的优选实施例中，阴极元件被提供在加热元件上。这确保了OH-离子形成在存在由于水的加热而引起的紊流的位置上以及确保了水由加热元件加热。这进一步提高了水垢微晶体形成的效率，从而降低了所形成的较大尺寸的水垢粒子的量，使得甚至更好地防止了水变浑浊和水垢沉积。另外，这减小了相对于加热元件正确地定位阴极元件的设计和生产工作量并且减小了电热水系统的设计和生产成本。
在根据本发明的电热水系统的优选实施例中，将阴极元件和加热元件集成到一个部件中，从而如此地构成整体单元。由于这一集成，不需要投入设计工作量来相对于加热元件正确地定位阴极元件。这减小了设计成本。另外，OH-离子形成在加热元件处，进一步提高了水垢微晶体形成的效率。
在根据本发明的电热水系统的优选实施例中，阳极元件由碳制成。如根据现有技术(例如US 6,871,014B2)已知的那样，推荐使用具有铂层的钛或铌基底来形成阳极元件。令人惊讶的是，实验已经显示，当使用碳阳极时，防垢比使用备选阳极材料时更高效。
在根据本发明的电热水系统的优选实施例中，其包括如下工具，该工具用于向位于容器的下部部分中的水添加紊流，以便向围绕加热元件和阴极元件的水添加紊流。用于向水添加紊流的工具可以例如是搅拌器或者注入到电热水系统中的空气流。用于向水添加紊流的工具位于容器的下部部分中意味着在使用期间，该用于向水添加紊流的工具在容器的通常填充有水的区域中。在这种配置中，除源于已加热的水的对流的紊流之外，用于向水添加紊流的工具在操作性使用期间在水中引入附加紊流。由用于向水添加紊流的工具引入的这一附加紊流有助于OH-离子和水的混合，从而提高了水垢微晶体形成的效率并且降低了所形成的更大尺寸的水垢粒子的量，使得甚至更好地防止了水变浑浊和水垢沉积。另外，由于通过向水添加紊流而改善了OH-离子的混合，可以形成更多的OH-离子，这例如通过在阳极元件与阴极元件之间施加比没有向水添加附加紊流时的情况更高的电势差来实现。随着溶液中有更多的OH-离子可用，提高了水垢微晶体形成的效率。
在根据本发明的电热水系统的优选实施例中，其包括控制单元，用于在第一状态与第二状态之间基本上同时地切换DC电源和加热元件，在第一状态中，对加热元件加电以加热水，并且DC电源向阳极元件和阴极元件施加电压差，在第二状态中，关断加热元件和DC电源。在这一实施例中，当加热元件不在工作时，在阳极元件与阴极元件之间没有电压差。当加热元件不在工作时，在水中将有更少的紊流或没有紊流。当在这种情况下在阳极元件与阴极元件之间施加电压差时，所形成的OH-离子将不通过水散布。这将引起增加的OH-离子浓度。因此，形成水垢，该水垢很可能沉积在附近的加热元件上。另外，限制在阴极元件与阳极元件之间施加电压差还引起对阳极元件的减小的腐蚀。
在根据本发明的电热水系统的优选实施例中，阳极元件和阴极元件布置为在操作性使用期间形成基本上同质的电场。这种同质的电场引起在阴极的不同部分处形成基本上等量的OH-离子。因此，OH-离子将通过水的紊流最佳地混合，引起水垢微晶体的高效形成。微晶体的这一高效形成使得进一步减少了水垢沉积。另外，水垢微晶体的这一高效形成产生不会将水变浑浊的微晶体。
本发明的进一步目的是提供一种电热水系统，其包括在导言部分限定的种类的用于引导水的中空主体，其中防止了加热元件和容器内壁两者上的水垢沉积。
本发明的进一步目的通过在权利要求2中所限定的电热水系统来实现。特别地，在根据本发明的电热水系统中，阴极元件附着到内壁上邻近于加热元件处。
在操作性使用中，在阴极处形成OH-离子。同时，热烫的加热元件在水中，特别是在接近于加热元件处引起紊流模式。由于阴极邻近于加热元件，在存在紊流的内部空间区域中形成OH-离子。这引起所形成的OH-离子与已加热的水混合。所形成的OH-离子局部地增加了pH，并且它们中的至少一部分将HCO3 -离子变换为CO3 2-离子。CO3 2-离子与存在于水中的Ca2+离子发生反应以形成水垢。紊流引起OH-离子在水中的良好分布。令人惊讶的是，水垢仅形成为微晶体。这些微晶体保持在水中并且不会或几乎不会沉积。由于其小尺寸，微晶体不会将水变浑浊。
应当注意，阳极元件可以位于中空主体中，或中空主体内壁上，乃至与中空主体内壁集成。然而，阳极元件不应当在阴极元件与加热元件之间，或者提供在加热元件上或与加热元件集成。
DC电源可以配置为输送在阴极元件与阳极元件之间的恒定的电压差。然而，贯穿本申请，将DC电源定义为如下设备，其将阴极元件与阳极元件之间的电压差的定向保持为恒定，电压差的值可以依赖于时间。
本发明类型的电热水系统既可以用于家庭应用，也可以用于大规模工业应用。
在根据本发明的电热水系统的优选实施例中，阴极元件被提供在加热元件上。这确保了OH-离子形成在存在由于水的加热而引起的紊流的位置上，以及确由保加热元件加热水。这进一步提高了水垢微晶体形成的效率，从而降低了所形成的较大尺寸的水垢粒子的量，使得甚至更好地防止了水变浑浊和水垢沉积。另外，这减小了相对于加热元件正确地定位阴极元件的设计和生产的工作量并且减小了电热水系统的设计和生产成本。
在根据本发明的电热水系统的优选实施例中，将阴极元件和加热元件集成到一个部件中，如此地构成整体单元。由于这一集成，不需要投入设计工作量来相对于加热元件正确地定位阴极元件。这减小了设计成本。另外，OH-离子形成在加热元件处，进一步提高了水垢微晶体形成的效率。
在根据本发明的电热水系统的优选实施例中，将阴极元件、加热元件以及内壁集成到一个部件中，如此地构成整体单元。由于这一集成，能够设计紧凑的电热水系统。同样，不需要投入工作量来相对于加热元件正确地定位阴极元件。这减小了设计成本。另外，OH-离子形成在加热元件处，从而进一步提高了水垢微晶体形成的效率。
在根据本发明的电热水系统的替代性实施例中，加热元件被提供在内壁的不与水接触的侧部上，例如内壁的外部。在这种实施例中，内壁整体上将变热并且事实上用作针对流过电热水系统的水的加热元件。在这类实施例中，内壁整体上用作阴极元件。
在根据本发明的电热水系统的优选实施例中，阳极元件由碳制成。如根据现有技术(例如US 6,871,014B2)已知的那样，推荐使用具有铂层的钛或铌基底来形成阳极元件。令人惊讶的是，实验已经显示，当使用碳阳极时，防垢比使用备选阳极材料时更高效。
在根据本发明的电热水系统的优选实施例中，其包括控制单元，用于在第一状态与第二状态之间基本上同时地切换DC电源和加热元件，在第一状态中，对加热元件加电以加热水，并且DC电源向阳极元件和阴极元件施加电压差，在第二状态中，关断加热元件和DC电源。在这一实施例中，当加热元件不在工作时，在阳极元件与阴极元件之间没有电压差。当加热元件不在工作时，在水中将有更少紊流或没有紊流。当在这种情况下在阳极元件与阴极元件之间施加电压差时，所形成的OH-离子将不通过水散布。这将引起增加的OH-离子浓度。因此，形成水垢，该水垢很可能沉积在附近的加热元件上。另外，限制在阴极元件与阳极元件之间的电压差的施加还引起对阳极元件的减小的腐蚀。
在根据本发明的电热水系统的优选实施例中，阳极元件和阴极元件布置为在操作性使用期间形成基本上同质的电场。这种同质的电场引起在阴极的不同部分处形成基本上等量的OH-离子。因此，OH-离子将通过水的紊流最佳地混合，引起水垢微晶体的高效形成。微晶体的这一高效形成使得进一步减少了水垢沉积。另外，水垢微晶体的这一高效形成产生不会将水变浑浊的微晶体。
在根据本发明的电热水系统的优选实施例中，阳极元件基本上位于中空主体的轴向地定向的轴上。这一设计容易实现，其减小了电热水器的设计和生产成本。
在根据本发明的电热水系统的优选实施例中，阳极元件基本上位于中空主体的中心的、轴向地定向的轴上。在这种布置中，在操作性使用期间实现阳极元件与阴极元件之间的基本上同质的电场，而无需过多的设计工作量。这减小了电热水器的总体设计成本。
如前所述，根据本发明的电热水系统的这两个变型(即在权利要求1中描述的变型以及在权利要求2中描述的变型)中获得类似的效果。这两个变型依赖于相同的发明思想(即阴极元件邻近于加热元件)以及相同的工作原理(即仅形成不会沉积在电热水系统的部分上或者将水变浑浊的水垢微晶体)。
本发明的进一步目的是提供一种包括根据本发明的电热水系统的变型的水壶。
本发明的进一步目的是提供一种包括根据本发明的电热水系统的变型的咖啡机。
本发明的进一步目的是提供一种包括根据本发明的电热水系统的变型的熨斗。
参考权利要求，应当注意，本发明还涉及在不同权利要求中限定的特征和/或措施的所有可能组合。
在证明本发明的效果的典型实验中，用作用于容纳水并且限定内部存储空间的容器的烧杯填充有240ml的待加热的水。水是根据IEC规范60734而制备的并且具有16.8的总硬度和11.2的暂时硬度。pH是8.25。在烧杯中插入由恒温器调节的线圈形的电热元件。加热元件用作阴极元件。用作阳极元件的L形电极被安装为使得其下部部分插入线圈的中心。在实验期间，控制单元基于水温和逝去的时间对电热元件和DC电源加电。水沸腾十分钟，加热元件在这一时间段期间间歇地接通和关断。控制单元仅在加热元件接通时对DC电源加电。在实验之后，使水自行冷却到环境温度。目测检查水以评价其清澈度。另外，对水进行过滤并且测试留下的水的硬度。沸腾前后的硬度之间的差异是沉积的或没有通过过滤的水垢的量的良好指标。
在下表中示出实验结果：
Figure BPA00001425544500081
Figure BPA00001425544500091
第一行示出了沸腾之前的水的硬度。第二行示出了在不施加电压的情况下沸腾的水作为参考。通过水的硬度的急剧降低，显然可以看出形成了非常多的水垢。这一点也是看得见的，因为开水的外观是混浊的。
当向阳极元件和阴极元件施加2.5V或更多的电压差时，开水的硬度变得更接近于未处理的水的硬度，表明高效地防止了所形成的水垢。同时，水保持清澈并且加热元件保持洁净。
用于这一示例实验中的电压在这一特定实验设置中有效。在不同设置中可能需要不同的电压。不仅阴极元件和阳极元件的尺寸起到一定作用，而且例如水的硬度和pH也起到一定作用。在其他实验期间已经观察到，对于具有相对较低的pH的硬水，需要更高的电压以在沸腾之后获得清水。需要较高的电压来生成更多的OH-离子以补偿溶液的pH。具有较高的起始pH的水需要较低的电压，因为用以生成水垢微晶体的OH-离子浓度会更早地达到。
附图说明
下面提供了本发明的详细描述。该描述仅通过参考附图来阅读的非限制性示例的方式提供，附图中：
图1示出了按照侧面视角看到的根据本发明的、包括用以容纳水的容器的电热水系统的第一实施例的示意性剖面图。
图2示出了按照正面视角看到的根据本发明的、包含用于引导水的中空主体的电热水系统的第二实施例的示意性剖面图。
图3示出了按照侧面视角看到的如图2所示的电热水系统的第二实施例的示意性剖面图。
图4示出了按照正面视角看到的根据本发明的、包含用于引导水的中空主体的电热水系统的第三实施例的示意性剖面图。
图5示出了按照侧面视角看到的如图4所示的电热水系统的第三实施例的示意性剖面图。
具体实施方式
在示出了相同实施例或其相同部分的附图中，相同的编号用于相同的部分。
图1示出了电热水系统101。电热水系统101包括容器102，该容器102具有内壁103。该容器可以是圆柱形容器或者可以是任何其他合适的形状，正如箱形。该容器的内壁103限定了该容器的内部存储空间110。基于存储在容器内部存储空间中的水的量，内壁103可以全部或部分地与待加热的水接触。在容器内部存储空间中，提供了加热元件104，该加热元件104可以由控制单元111接通和关断。图1中未示出的是，控制单元111可以连接到由用户操作的开关，和/或可以接收来自任何其他源(例如过程控制器、恒温器或者蒸汽开关)的、表明水正在沸腾的信号，该信号表明需要执行切换动作。图1中还未示出的是，控制单元可以连接到电源，例如市电或者某种形式的储能，如电池。当控制单元接通加热器元件104时，电力经由连接112连接到加热元件104。加热器元件104可以是任何类型的电热器元件，例如基于电阻或者基于电感的电热器元件。在这一示例中，加热器元件是伸长元件。将阴极元件106放置为邻近于加热元件104。在图1中示出的实施例中，将阴极元件106定向为基本上平行于加热元件104，从而沿加热元件104的整个长度延伸。在其他实施例中，阴极元件106可以仅沿加热元件104的一部分延伸和/或具有不同的定向。阳极元件105位于与阴极元件106有一定距离处。在这一示例中，阳极元件105由碳制成，在其他实施例中，阳极元件105可以由另一材料制成，一般已知该另一材料兼具当用作阳极元件105时在水中的低腐蚀速率以及在水中的低溶解度，诸如具有铂层的钛或铌基底、铂或者所谓的混合金属氧化物。阴极元件106可以由如下的任何材料制成，该材料具有良好的导电性以及在水中的低溶解度，诸如钛、铂、金属氧化物涂覆的钛，或者已知的抗水的常规等级不锈钢。
在图1中示出的实施例中，将阳极元件105定向为基本上平行于阴极元件106并且位于容器底部附近。在其他实施例中，阳极元件可以与容器内壁103集成，或者位于内部存储空间内的不同位置上和/或定向为基本上不平行于阴极元件106。阳极元件105和阴极元件106都连接到DC电源107。DC电源107在操作性使用期间向阴极元件106和阳极元件105施加电压差。DC电源107由控制单元111接通和关断。当接通DC电源107时，由控制单元111经由连接113向DC电源107提供电力。通常，当使用上面定义的标准化水时，阴极元件106与阳极元件105之间的电压差是3.0V。在其他实施例中，基于电热水系统的特定配置以及待加热的水的特性，电压差可以低至1.5V，或超过4.0V。
在容器102的内部存储空间内，存在可以由驱动装置109驱动的搅拌器108。受驱动的搅拌器108搅动水，从而在已加热的水中产生附加的紊流。在其他实施例中，可以使用向水添加额外紊流的其他方式，例如通过向水中注入气流。由于这一附加紊流，形成在阴极元件106处的OH-离子将非常好地混合，从而导致OH-离子的较低的局部浓度。因此，形成大量水垢微晶体。驱动装置109可以是任何已知的驱动器，例如电动机。图1中未示出的是驱动装置109到其电源的连接。
为了将水烧开而不会有水垢沉积在电热水系统101的部分上或者将水变浑浊，用户用所需的量的水填充容器102并且通过操纵接通/关断开关来接通电热水系统101。图1中未示出这一接通/关断开关。接通/关断开关发送信号给控制单元111。控制单元111评估这一信号以及用作到控制单元的输入的其他信号，例如来自温度传感器或蒸汽传感器的控制信号(两者都未在图1中示出)。当这一评估得出对热水器104加电是安全的结论时，控制单元111对热水器104加电。同时，或者至少基本上同时地，控制单元111同样将对DC电源107加电。加电后的热水器104将变热并且开始将热量传递给水，最后引起水沸腾。加电后的DC电源107将产生阳极元件105与阴极元件106之间的电势差。由于这一电势差，将发生水的电解。在阴极元件106处，形成OH-离子，从而导致局部较高的pH。在阳极元件105处，将形成H+离子，从而导致局部地较低的pH。在具有较高pH的区域中，将形成水垢。在操作期间，即当正被加电时，加热元件104将致使水通常以紊流的方式远离其而流动。因为阴极元件106邻近于加热元件104，其将在紊流的区域中。由于这一紊流，所形成的OH-离子将非常好地与水混合。首先在分子级别形成水垢(例如CaCO3和/或MgCO3)。各种水垢分子将聚集在一起并且形成微晶体。当存在足够的OH-离子时，这种微晶体将进一步生长并且达到变为人眼可见的尺寸。另外，较大的水垢晶体很有可能沉积。然而，在如这一实施例所示的本发明的电热水系统中，OH-离子的良好分布防止了水垢晶体生长超过微晶体尺寸。因此，水垢保持在水中不可见并且不会沉积。为了进一步改善OH-离子在水中的分布，由搅拌器驱动装置109加电的搅拌器108搅动水。在优选实施例中，驱动装置109还连接到控制单元111并且与加热元件104和DC电源107基本上同时地接通和关断。当水已经达到预定温度或例如其沸点时，适当的传感器将发送信号给控制单元111，该控制单元111接着将禁用加热元件104和DC电源107。用户可以将水倒出容器并且使用已加热的水来例如沏茶或做汤。
图2和图3示出了电热水系统201。电热水系统201具有管状形式；图2中示出的剖面图是垂直于管的轴而得到的。图3中示出的剖面图是在包括管的轴的平面中得到的。电热水系统201具有中空主体202，该中空主体202具有内壁203。作为对圆柱形横截面的替代，中空主体可以具有任何合适的横截面，诸如方形或三角形的横截面。一般地，根据这一原理的加热器称为直通式加热器。加热元件204附着到内壁203。与加热元件204集成的是阴极元件206(在图2中不能单独可见)。阳极元件205定位在管状电热水系统201的轴附近。阳极元件205通过例如使用末端阻挡件来保持就位，该末端阻挡件具有开口，阳极元件能够被固定在该开口中。阳极元件205和阴极元件206连接到DC电源207，如图3所示。加热元件204和DC电源207两者都连接到控制单元211。图3中未示出的是，控制单元211可以连接到由用户操作的开关，和/或可以接收来自任何其他源(例如过程控制器或流量传感器)的、表明水正在流过电热水系统201的信号，该信号表明必须执行切换动作。图3中还未示出的是，控制单元可以连接到电源，例如市电或者某种形式的储能，如电池。当控制单元211接通加热器元件204时，电力经由连接212连接到加热元件204。加热器元件204可以是任何类型的电热器元件，例如基于电阻或者基于电感的电热器元件。在这一示例中，加热器元件是伸长的元件。阴极元件206与加热元件204集成。在其他实施例中，阴极元件206可以附着到加热元件204乃至与加热元件204分开。阳极元件205位于与阴极元件206有一定距离处。在这一示例中，阳极元件205由碳制成，在其他实施例中，阳极元件205可以由另一材料制成，一般已知该另一材料兼具当用作阳极元件205时在水中的低腐蚀速率以及在水中的低溶解度，诸如具有铂层的钛或铌基底、铂或者所谓的混合金属氧化物。阴极元件206可以由如下的任何材料制成，该材料具有良好的导电性以及在水中的低溶解度，诸如钛、铂、金属氧化物涂覆的钛，或者已知的抗水的常规等级不锈钢。
在图2和图3中示出的实施例中，将阳极元件205定向为基本上平行于管状电热水系统201的旋转轴。在其他实施例中，阳极元件可以具有不同的定向和/或可以放置为远离中空主体的中心的、轴向地定向的轴。阳极元件205和阴极元件206两者连接到DC电源207。DC电源207在操作性使用期间向阴极元件206和阳极元件205施加电压差。DC电源207由控制单元211接通和关断。当接通DC电源207时，由控制单元211经由连接213向DC电源207提供电力。通常，当使用上面定义的标准化的水时，阴极元件206与阳极元件205之间的电压差是3.0V。在其他实施例中，基于电热水系统的特定配置以及待加热的水的特性，电压差可以低至1.5V，或超过4.0V。
在操作性使用期间，当电热水系统201在工作以将流过中空主体202的水变热或烧开而不会有水垢沉积在电热水系统201的部分上或者将水变浑浊时，控制单元211对热水器204加电。同时地，或者至少基本上同时地，控制单元211同样将对DC电源207加电。加电后的热水器204将变热并且开始将热量传递给水，最后引起水沸腾。加电后的DC电源207将产生在阳极元件205与阴极元件206之间的电势差。由于这一电势差，将发生水的电解。在阴极元件206处，形成OH-离子，从而导致局部较高的pH。在阳极元件205处，将形成H+离子，从而导致局部较低的pH。在具有较高的pH的区域中，将形成水垢。首先在分子级别形成水垢(例如CaCO3和/或MgCO3)。各种水垢分子将聚集在一起并且形成微晶体。当存在足够的OH-离子时，这种微晶体将进一步生长并且达到变为人眼可见的尺寸。另外，较大的水垢晶体很有可能沉积。然而，在如这一实施例所示的本发明的电热水系统中，OH-离子的良好分布防止了水垢晶体生长超过微晶体尺寸。因此，水垢保持在水中不可见并且不会沉积。当不再需要变热或开水时，过程控制器等将发送信号给控制单元211，该控制单元211接着将禁用加热元件204和DC电源207。
图4和图5中示出的实施例在加热元件方面不同于图2和图3的实施例，内壁和阴极元件集成到一个部件中。图4和图5示出了电热水系统401。电热水系统401具有管状形式；图4中示出的剖面图是垂直于管的轴而得到的。图5中示出的剖面图是在包括管的轴的平面中得到的。电热水系统401具有中空主体402，该中空主体402具有内壁403。将加热元件404与内壁403集成。在这一特定实施例中，加热元件404基本上在内壁403外侧上。在图4和图5中，存在加热元件404的区域由虚线414界定。与内壁203集成的是阴极元件406(在图4中不能单独可见)。阳极元件405定位在管状电热水系统401的轴附近。阳极元件405和阴极元件406连接到DC电源407，如图5所示。加热元件404和DC电源407两者都连接到控制单元411。DC电源407和控制单元411与图2和图3的DC电源和控制单元类似地操作。
在操作性使用期间，电热水系统201和401类似地操作。
尽管已经在附图中以及在前述描述中图示和详细描述了本发明，但这种图示和描述应当视为是说明性或示例性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。应当注意，根据本发明的电热水系统以及其所有部件都可以通过应用本身已知的处理和材料来进行。在权利要求书和描述中，措词“包括”不排除其他元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除复数。权利要求书中的任何参考标号不应当解释为限制范围。应当进一步注意，在权利要求集合中所限定的特征的所有可能组合是本发明的一部分。
参考标号的列表
101    电热水系统
102    容器
103    容器内壁
104    加热元件
105    阳极元件
106    阴极元件
107    DC电源
108    搅拌器
109    驱动装置
110    容器内部存储空间
111    控制单元
112    控制单元与加热元件之间的连接
113    控制单元与DC电源之间的连接
201    电热水系统
202    中空主体
203    内壁
204    与阴极元件集成的加热元件
205    阳极元件
206    阴极元件
207    DC电源
211    控制单元
212    控制单元与加热元件之间的连接
213    控制单元与DC电源之间的连接
401    电热水系统
402    中空主体
403    内壁
404    与内壁集成的加热元件
405    阳极元件
406    与内壁集成的阴极元件
407    DC电源
411    控制单元
412    控制单元与加热元件之间的连接
413    控制单元与DC电源之间的连接
414    加热元件与内壁的其余部分之间的边界

Claims (15)

1.一种电热水系统(101)，包括
容器(102)，用于容纳水并且限定用于待加热的水的内部存储空间，具有
电热元件(104)，用于加热存储在所述内部存储空间中的水，以及
阳极元件(105)和阴极元件(106)，连接到或可连接到DC电源(107)以在所述阴极元件(106)与所述阳极元件(105)之间产生电势差，
其特征在于所述阴极元件(106)位于所述内部存储空间中邻近于所述加热元件(104)处。
2.一种电热水系统(201，401)，包括
中空主体(202，402)，用于引导待加热的水，具有
内壁(203，403)，
电热元件(204，404)，用于加热附着到所述内壁的水，以及
阳极元件(205，405)和阴极元件(206，406)，连接到或可连接到DC电源(207，407)以在所述阴极元件(206，406)与所述阳极元件(205，405)之间产生电势差，
其特征在于所述阴极元件(206，406)附着到所述内壁(203，403)上邻近于所述加热元件(204，404)处。
3.根据权利要求1或2的电热水系统(101，201，401)，其特征在于将所述阴极元件(106，206，406)提供在所述加热元件(104，204，404)上。
4.根据权利要求1或2的电热水系统(101，201，401)，其特征在于将所述阴极元件(106，206，406)和所述加热元件(104，204，404)集成到一个部件中。
5.根据权利要求2的电热水系统(201，401)，其特征在于将所述阴极元件(206，406)、所述加热元件(204，404)以及所述内壁(203，403)集成到一个部件中。
6.根据前述权利要求中任一项的电热水系统，其特征在于所述阳极元件(105，205，405)由碳制成。
7.根据权利要求1或者根据引用权利要求1的权利要求3、4或6的电热水系统(101)，包括如下工具，所述工具用于向位于所述容器的下部部分中的水(108)添加紊流，以便向围绕所述加热元件(104)和所述阴极元件(106)的水添加紊流。
8.根据前述权利要求中任一项的电热水系统(101，201，401)，包括控制单元(111，211，411)，用于在第一状态与第二状态之间基本上同时地切换所述DC电源(107，207，407)和所述加热元件(104，204，404)，在所述第一状态中，对所述加热元件(104，204，404)加电以加热水，并且所述DC电源(107，207，407)向所述阳极元件(105，205，405)和所述阴极元件(106，206，406)施加电压差，在所述第二状态中，关断所述加热元件(104，204，404)和所述DC电源(107，207，407)。
9.根据前述权利要求中任一项的电热水系统(101，201，401)，其特征在于所述阳极元件(105，205，405)和所述阴极元件(106，206，406)布置为在操作性使用期间形成基本上同质的电场。
10.根据权利要求2或者根据引用权利要求2的权利要求3或4或者根据权利要求5的电热水系统(201，401)，其特征在于所述阳极元件(205，405)基本上位于所述中空主体的轴向地定向的轴上。
11.根据权利要求2或者根据引用权利要求2的权利要求3或4或者根据权利要求5的电热水系统(201，401)，其特征在于所述阳极元件(205，405)基本上位于所述中空主体的中心的、轴向地定向的轴上。
12.一种水壶，包括根据权利要求1或者根据权利要求3至8中任一项的电热水系统。
13.一种咖啡机，包括根据权利要求1至11中任一项的电热水系统。
14.一种熨斗，包括根据权利要求1至11中任一项的电热水系统。
15.一种洗涤机，包括根据权利要求1至11中任一项的电热水系统。
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